## Analisa Kinerja Sistem Single Carrier-Frequency Division Multiple Access untuk Transsmisi Citra
Gilang Ramadhan
yugiyugioh2@gmail.com
Universitas Jember Alfredo Bayu Satriya alfredobayu.te knik @unej.ac.id Universitas Jember Dodi Setiabudi

## dodi@unej.ac.id
Universitas Jember Abstrak
Teknologi Long Term Evolution (LTE) menggunakan 2 sistem pada  sisi  yang  berbeda,  yaitu  pada  sisi downlink dengan OFDMA  dan  SC-FDMA  pada  sisi uplink .  SC-FDMA memiliki  kelebihan  pada  sisi  efisiensi  daya  dibandingkan dengan  OFDMA.  Berdasarkan  3GPP  Release  8,  modulasi LTE  meliputi  QPSK,  16-QAM  dan  64QAM.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  karakteristik  BER  dan  PAPR terhadap  SNR,  menganalisis  perbandingan  BER  dan  PAPR terhadap  SNR  pada  sistem  SC-FDMA,  dan  mengetahui perbandingan  kinerja  teknik  modulasi  QPSK,  16-QAM  dan 64-QAM.  Hasil  kinerja  sistem  melewati  kanal  yang berdistribusi Rayleigh . Penelitian dijalankan dengan melakukan  simulasi  pengiriman  citra  melalui  kanal Rayleigh Fading menggunakan  modulasi  QPSK,  16-QAM,  dan  64- QAM.  Parameter  SNR  yang  diteliti  sebesar  0-16  dB.  Hasil
bahwa SC simulasi menunjukkan -FDMA memiliki ketahanan noise yang  lebih  tinggi  saat  menggunakan modulasi  QPSK  dengan  BER  =  0  dB  saat  SNR  =  13  dB  dan PAPR yang stabil di angka 0,9 dB.
Kata Kunci —  LTE, PAPR, SC-FDMA, BER
Abstract
Long  Term  Evolution  (LTE)  technology  uses  2  systems  on different  sides,  namely  on  the  downlink  side  with  OFDMA and SC-FDMA on the uplink side. SC-FDMA has advantages in  terms  of  efficiency  compared  to  OFDMA.  Based  on  3GPP Release  8,  LTE  modulation  is  based  on  QPSK,  16-QAM  and 64QAM.  This  study  aims  to  study  the  characteristics  of  BER and  PAPR  on  SNR,  analyze  BER  and  PAPR  on  SNR  on  SC- FDMA  systems,  and  study  supporting  the  improvement  of QPSK,  16-QAM  and  64-QAM  modulation  techniques.  The results  of  the  current  system  are  distributed  Rayleigh.  The study  was  conducted  by  simulating  image  transmission through Rayleigh Fading channels using QPSK, 16-QAM, and 64-QAM  modulation.  The  SNR  parameter  issued  is  0-16  dB. The  simulation  results  show  that  SC-FDMA  has  a  higher noise increase when using QPSK modulation with BER = 0 dB when SNR = 13 dB and stable PAPR at 0.9 dB
Keywords — LTE, PAPR, SC-FDMA, BER

## I. PENDAHULUAN
pesat
bertambah ini saat teknologi Perkembangan wirele sistem khususnya utama
Permasalahan ss.
dalam x perkembangan  teknologi  hingga  saat  ini  adalah kebutuhan dalam kecepatan data. Permasalahan tersebut selalu menuntut tingkat efisiensi yang tinggi serta penyederhanaan x arsitektur  dan  interface  yang  terbuka. Dengan permasalahan x tersebut, LTE x adalah salah  satu  solusi yang dapat menyelesaikannya dengan x standar 3GPP release 8. Teknologi  ini  sudah  mendukung  dan  memperbaiki  beberapa fitur  yang  belum  ada  pada  teknologi  terdahulunya yaitu x mobile phone generasi  3  (3G).  Pada  sisi  transmisi, teknologi  LTE  menggunakan  2  teknologi  berbeda  yaitu OFDMA  dan  SC-FDMA.  Teknologi  OFDMA (Orthogonal
Frequency Division Multiple Access) digunakan pada x sisi x downlink dan SC-FDMA (Single Carrier
Frequency Division Multiple Access) pada sisi uplink .
Perbedaan  dari  kedua  sistem  komunikasi  ini  adalah  pada sistem  komunikasi  SC-FDMA  ditambahkan  operasi Fast Fourier  Transform (FFT)  di transmitter nya  dan Inverse  Fast Fourier  Transform (IFFT)  di receiver nya.  Kelebihan  dari sistem  komunikasi  SC-FDMA  pada  sisi  nilai Power Average Power Ratio (PAPR)  yang lebih kecil  dibandingkan x dengan sistem  komunikasi  OFDM  sehingga  dapat  menghemat  daya dari User Equipment [1].  Standart  modulasi  yang  digunakan pada  teknologi  LTE  telah  ditetapkan  oleh  3GPP  yaitu modulasi QPSK, 16-QAM dan 64-QAM.
Besarnya  nilai  PAPR  menyebabkan  daya  pada  amplifier tidak  efisien  sehingga  perlu  dikurangi  dengan  tujuan menghemat  daya  ( power  saving ).  Adanya  distorsi  dalam membuat  OFDM kanal melalui pentransmisian sinyal menghasilkan nilai PAPR yang besar. Mengatasi permasalahan  tersebut,  diperlukan  suatu  teknik  yang  dapat menurunkan  level  interferensi  dan noise pada  sisi uplink . Sementara  itu,  OFDM  hanya  dapat  bekerja  pada  transmisi downlink .  Kekurangan  pada  sistem  OFDM  ini  dapat diselesaikan  dengan  menggunakan  menggunakan  SC-FDMA di x sisi uplink karena x efisiensi dayanya yang lebih x baik. Oleh karena x itu,  artikel  ini  akan  membahas x perbandingan  kinerja sistem  SC-FDMA yang  akan  dibandingkan  pada  sisi perubahan  modulasi  ditinjau  dari  nilai Bit  Error  Rate (BER) dan Peak to Average Power Ratio (PAPR).

## II. M ETODE P ENELITIAN
Berdasarkan  latar  belakang,  pemodelan  transmisi  citra yang  dirancang  menggunakan  sumber  masukan  berupa
gambar dan masih menggunakan sistem OFDM. Sementara pada,  modulasi  QPSK  menghasilkan  nilai  BER  dan  PAPR paling  baik  daripada  modulasi  QAM  yang  tidak  diteliti pada. Untuk
menguji
kinerja
transmisinya,
penulis x melakukan penelitian lebih lanjut dengan membandingkan  kinerja  dari  OFDM x dan  SC-FDMA  pada kanal Rayleigh  fading menggunakan  QPSK,  16-QAM  dan 64-QAM.  Sumber  masukan  berupa  citra  warna  yang  telah dilakukan  pengkompresian  citra.  Tujuan  dari  penelitian  ini yaitu  membandingkan  kinerja  transmisi  citra  pada  OFDM dan  SC-FDMA  dengan  melihat  hasil  BER  dan  PAPR terhadap SNR.

## A. Kompresi Citra
Citra  merupakan  sekumpulan x titik,  garis,  warna  serta bidang yang tersusun secara teratur membentuk suatu objek 2 dimensi maupun 3 dimensi. Bentuk objek 2 dimensi biasanya berupa foto, lukisan  maupun x 3 x dimensi yang x berupa patung. Seiring  berkembangnya  jaman,  citra  tidak  hanya  berbentuk lukisan,  tetapi  juga  berbentuk  foto  atau  gambar  yang  diambil bersararkan pencahayaan yang cukup, serta berisi informasi x penting.  Citra  juga  berisi  simbol x atau  gambar sebagai
informasi yang digunakan x untuk bertukar data x atau x komunikasi  satu  sama  lain.  Citra  yang  berkualitas biasanya memiliki ukuran x yang besar.
Kompresi  citra  (Gambar  1)  bertujuan  untuk  mengurangi redudansi pada citra sehingga ukuran citra yang akan x ditransmisikan  lebih  kecil  dan  lebih  efisien  tanpa mengubah  informasi x yang  ada  dalam  citra.  Terdapat  2 teknik x kompresi  citra  yaitu loseless  compression x dan lossy compression .
Gbr. 1 Diagram Kompresi Citra

## B. Metode QPSK
Teknik  modulasi  QPSK  digunakan  pada  transmisi  digital dengan mengirimkan 1 dari 4 gelombang sinyal yang mungkin selama interval waktu tertentu dimana setiap sinyal unik x sama dengan  (pasangan x bit) x 00,  01,  11,  10. x Pada  QPSK  sinyal yang
ditumpangkan x pada x sinyal x pembawa, x memiliki x 4 kemungkinan dari setiap pasangan bitnya.
Gbr. 2 Diagram Konstelasi QPSK
Untuk  diagram  konstelasi  pada  Gambar  2,  pada  setiap titiknya dengan perbedaan sudut fasanya sebesar 90 0 .

## C. Metode QAM
Modulasi 16-QAM (Gambar 3) merupakan modulasi x QAM x yang  menggunakan  inputan  4  bit  dengan16 kondisi  logika.  16-QAM  adalah  teknik x encoding M-er dengan  nilai  M  sebesar  16  dimana  ada  16  keluaran  yang memiliki amplitudo x dan fasa x yang berbeda. Data masukan di bagi x menjadi  4  bit  (2 4 =  16)  /yang  disebut x QUADBIT. Sedangkan  pada  64-QAM  merupakan  teknik  pengkodean QAM  dengan  M=64  sehingga  untuk  masukan  digital kemodulator x adalah  sinyal  dengan x jumlah  bit  sebanyak  6. Teknik  Modulasi x 16-QAM  adalah  modulasi x QAM  dimana pda satu  simbolnya memuat 4 bit data yang ditransmisiskan. Symbol dapat  menyatakan  16  nilai x yang x berbeda  (0000, 0001,  0010……1111).  Sedangkan  Modulasi  64-QAM  setiap simbol dapat menyatakan dalam x 64 nilai x (000000, 000001, 000010,……111111).

## Gbr. 3 Diagram Modulasi 16-QAM
D. Single Carrier-Frequency Division Multiple Access Single  Carrier  Frequency  Division  Multiple  Access (SC- FDMA) x dan Orthogonal  Frequency  Division  Multiple Access (OFDMA)  adalah  pengembangan  skema  dari  OFDM dan  SC/FDE.  Teknik  akses  jamak  SC-FDMA x mengirimkan beberapa  sinyal  secara  bersamaan.  Semua  teknik  pembagian frekuensi  ortogonal  menggunakan subcarrier ortogonal diskrit yang didistribusikan di seluruh bandwidth . Long Term Evolution x menggunakan sistem komunikasi x SC-FDMA pada sisi uplink yakni dari User Equipment (UE) ke Evolvod x Node B (eNodB) .
Gbr. 4 Sistem Tranmisi SC-FDMA
SC-FDMA  memiliki  struktur  dan x performa  yang  hampir sama  dengan  OFDM,  hanya  pada x teknik  ini  terdapat penambahan  teknik  DFT  ( Discrete  Fourier  Transform )  pada sisi transmitter .  Berbeda x dengan  OFDM,  pada  SCFDMA ini x setiap  simbol x data  disebar x di  beberapa subcarrier , sehingga x bisa disebut x DFT-spread OFDM . Proses x transmisi pada SC-FDMA dapat dilihat pada Gambar 4.

## E. Kanal Propagasi
Rayleigh  fading terjadi  apabila  sinyal  yang  tiba  pada penerima  berasal  dari  pantulan.  Fungsi  densitas x probabilitas ( probability density function, pdf ) dari kanal Rayleigh fading dirumuskan dalam persamaan (1).
(1)

## F. Variabel Output
Pada x penelitian  ini  variabel  yang  diteliti  meliputi  SNR sebagai  variabel  independen,  dan  2  variabel  lain  yaitu  BER dan PAPR sebagai variabel dependen.
1. Bit Error Rate (BER) Nilai  BER x merupakan  sejumlah  bit  digital  yang  yang diterima  pada  suatu  aliran x jalur  komunikasi  yang  berubah karena  adanya  gangguan x noise .  BER  diukur  dengan membandingkan x sinyal  yang  ditransmisikan  dengan  sinyal yang diterima, dan menghitung jumlah kesalahan dibagi x jumlah total bit x yang x ditransmisikan. Nilai BER x dapat dihitung dengan x persamaan 2.
(2)
Dimana : n= jumlah bit x yang salah . N= jumlah bit x yang dikirimkan .
Standar x nilai Bit  Error  Rate x yang x terdapat x pada  sistem komunikasi SCFDMA adalah 10 -3 [2].
2. Peak to Average Power Ratio (PAPR)
Peak-to-Average  Power  Ratio (PAPR)  merupakan x suatu performa  yang  mengindikasikan  efisiensi  dari  suatu transmitter. Secara definisi, PAPR x merupakan rasio perbandingan x pincak  daya  sinyal  pada  waktu x t  dengan  daya rata-rata x keseluruhan, yang dapat menggunakan persamaan 3.
(3)
Nilai  PAPR  yang  positif  dalam  dB  berarti  kita membutuhkan backoff daya x dalam  daerah  linier  dari power amplifier . Backoff daya berarti reduksi dari daya x output ketika menurunkan daya input [3].

## III. H ASIL DAN PE MBAHASAN
Penelitian  ini  menggunakan  variabel  pengujian  dengan  3 citra yang berbeda, yaitu dengan spesifikasi seperti pada Tabel 1.
TABEL I S PESIFIKASI C ITRA Data ke- Nama Citra Asli  Jenis Warna Dimensi Citra ( pixel ) 1 cameraman.jpg Grayscale 256 x 256 2 pool.jpg RGB 510 x 383 3 lena.jpg
RGB 512 x 512
(a) (b)
Gbr.  5  Output  Citra  poll.jpg  menggunakan  Modulasi  16-QAM  pada  saat  (a) SNR=0 dB (b) SNR=13 dB
Gambar 5 merupakan hasil citra pool.jpg yang dikirim dan diterima saat SNR sebesar 0 x dan 13. Pada x saat SNR semakin besar  maka  gambar  yang  diterima  memiliki  kualitas  yang semakin baik terbukti dengan peningkatan nilai BER.
Pada  SC-FDMA,  QPSK  memiliki  nilai  BER  terendah dibandingkan  dengan x 16-QAM  dan  64-QAM,  dan  16-QAM memiliki x nilai x bit error yang  lebih  rendah  dari  64-QAM. Sementara  dengan  16-QAM  dan  64-QAM,  SNR  =  16  dB belum x cukup  untuk  menghasilkan  nilai  BER  =  0.  Sementara itu,  QPSK x membutuhkan  SNR  =  13  dB  untuk  menghasilkan nilai BER = 0.
Gbr. 6 Grafik BER terhadap SNR dengan Variasi Modulasi pada Sistem SC- FDMA Menggunakan lena.jpg
Gbr. 7 Grafik PAPR terhadap SNR dengan Variasi Modulasi pada Sistem SC- FDMA menggunakan lena.jpg
Sementara  itu,  nilai  PAPR x yang  didapatkan  saat  SNR  =  0 dB  dengan  QPSK,  16-QAM,  dan  64-QAM  masing-masing yaitu  0,95770  dB,  0,95409  dB, x dan  0,95629.  Jika  dilihat melalui grafik, nilai PAPR dari tertinggi menuju terendah x dengan  QPSK  cenderung  menghasilkan  nilai  yang paling tinggi, dilanjutkan 64-QAM dan 16-QAM. Perbandingan  nilai  antara  ketiga  modulasi  juga  tidak  terlalu jauh sehingga nilai x PAPR x pada sistem SC-FDMA.
TABEL II N ILAI BER PADA S ISTEM SCFDMA M ENGGUNAKAN C ITRA LENNA . JPG SNR Bit Error Rate (BER) QPSK 16-QAM 64-QAM 0 0,26008 0,35573 0,37986 1 0,24412 0,34225 0,36634 2 0,22405 0,32557 0,34973 3 0,20004 0,30547 0,33062 4 0,17142 0,28027 0,30775 5 0,13929 0,24995 0,28289 6 0,10351 0,21577 0,25655 7 0,06802 0,17901 0,22870 8 0,03693 0,14271 0,20006 9 0,01527 0,10791 0,16890 10 0,00399 0,07515 0,13696 11 0,00051 0,04553 0,10645 12 0,00002 0,02179 0,07934 13 0 0,00728 0,05571 14 0 0,00142 0,03421 15 0 0,00011 0,01701 16 0 0,000003 0,00599
Saat SNR sebesar 0 dB, nilai BER dengan modulasi QPSK, 16-QAM,  dan  64-QAM  masing-masing  yaitu  0,26008,
0,35573, dan 0,37986. Jika dilihat melalui grafik pada Gambar 6,  modulasi  QPSK  memiliki x nilai  BER  yang x paling  rendah dibandingkan  dengan  modulasi x 16-QAM  dan  64-QAM,  dan modulasi 16-QAM memiliki nilai BER x yang lebih rendah dari 64-QAM.  Nilai  BER  QPSK  seperti  yang  ditunjukkan  oleh tabel  2  memiliki x nilai  0  pada  SNR  13  hingga  16  dB, menunjukkan QPSK bekerja dengan baik.
Sementara  dengan  modulasi  16-QAM  dan  64-QAM,  SNR senilai  16  dB  belum  cukup  untuk  menghasilkan  nilai  BER sebesar  0.  Perbandingan  nilai  BER  ketiga  modulasi  dapat dilihat pada Gambar 4.10 di mana terlihat bahwa garis QPSK berada  di  bawah  16-QAM  dan  64-QAM  yang x menunjukkan bahwa x saat  SNR  tertentu,  nilai  BER  dengan  QPSK  lebih rendah daripada dua modulasi lainnya. Hasil ini sesuai dengan teori  titik  konstelasi  di  mana  modulasi  QPSK  memiliki  nilai BER paling rendah. Sementara itu, modulasi QPSK x membutuhkan SNR sebesar 13 dB untuk menghasilkan nilai BER sebesar 0.
TABEL III
N ILAI PAPR PADA S ISTEM SCFDMA M ENGGUNAKAN C ITRA LENNA . JPG SNR Peak to Average Power Ratio (PAPR) (dB) QPSK 16-QAM 64-QAM 0 0,95770 0,95409 0,95629 1 0,96780 0,96623 0,96141 2 0,97163 0,96960 0,96375 3 0,97297 0,97712 0,97637 4 0,97898 0,98006 0,97701 5 0,98112 0,98073 0,98072 6 0,98153 0,98233 0,98090 7 0,98451 0,97985 0,98260 8 0,98572 0,98354 0,98270 9 0,98632 0,98339 0,98501 10 0,99023 0,98056 0,98732 11 0,99039 0,98082 0,98654 12 0,99271 0,97843 0,98898 13 0,99394 0,97702 0,99039 14 0,99498 0,97721 0,99094 15 0,99553 0,97587 0,99093 16 0,99687 0,97577 0,99020
Sementara  itu,  nilai  PAPR  yang  didapatkan  saat  SNR sebesar  0  dB  dengan x menggunakan x modulasi  QPSK,  16- QAM,  dan  64-QAM  masing-masing  yaitu  0,95770  dB, 0,95409  dB,  dan  0,95629  dB  serta  menghasilkan  PAPR  rata- rata  sebesar x 0,98323  dB,  0,97664  dB,  dan  0,98091  dB.  Jika dilihat  melalui  grafik,  nilai  PAPR  dari  tertinggi  menuju terendah  dengan  modulasi  QPSK  cenderung  menghasilkan nilai  yang  paling  tinggi,  dilanjutkan  modulasi  64-QAM  dan 16-QAM.  Namun  pada  saat  SNR  sebesar  3  dB,  QPSK memiliki nilai yang paling rendah daripada modulasi 16-QAM dan 64-QAM, yaitu sebesar 0,97297 dB.

## IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Dapat disimpulkan pada penelitian ini semakin besar orde modulasi, nilai BER yang didapatkan semakin besar sehingga rentan  terhadap noise .  Pada  simulasi  ini,  sistem  SC-FDMA memiliki ketahanan noise yang tinggi melalui kanal Rayleigh Fading saat menggunakan modulasi QPSK dengan nilai BER terbaik sebesar 0 ketika nilai SNR 13 dB hinggal 16 dB. Pada
variabel  PAPR,  nilai  PAPR  pada  variasi  modulasi  hampir sama yaitu berada pada nilai 0,97 hingga 0,99.
R EFERENSI
[1] H.  G.  Myung,  J.  Lim,  and D.  J.  Goodman.2006. Single  Carrier Fdma for Uplink Wireless Transmission . vol. 1, no. 3, sept. IEEE Vehnicular Technology Mag.
[2] Shaikh, Abdul Samad and Khatri Chandan Kumar. 2010. Performance Evaluation  of  LTE  Physycal  layer  using  SCFDMA  and  OFDMA. Thesis is presented as part of Degree of Master of Science in Electrical Engineering, Blekinge Institute of Technology.
[3] Sari, I. V, Analisis Peak to Average Power Ratio (PAPR) single Carrier Frequency  Division  Multiple  Access  (SC-FDMA)  pada  Long  Term Evolution  (LTE),  Malang:  Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas Brawijaya, 2013.